超声波诊断仪毕业设计.docx

南昌工程学院本科毕业设计（论文）超声波诊断仪led显示屏倾斜角度调整机构ultrasonic diagnostic instrument led display angle adjusting mechanism总计 毕业设计（论文） 页 表 格 个 插 图 幅摘要本文首先对超声波诊断仪的现况、发展趋势及其市场前景进行了介绍；并且对现代设计方法及cad技术做了简单的描述。 然后详细描述了超声波诊断仪lcd-arm机构的设计方法说明，包括整体机构设计简述，lcd折叠机构的详细设计说明、tilt机构的详细设计说明及两者的锁定方式的设计说明。通过综合运用蝶形弹簧、扭转弹簧、限位孔、球形塞等零件，用solidworks软件建立3d仿真模型，及对lcd-arm机构的有限元分析，完成了折叠、旋转及其锁定功能的设计。关键词：超声波诊断仪 arm机构 折叠机构 tilt机构 solidworksabstractfirst, this paper introduces the present ultrasound diagnostic instrument of the current situation, development trend and market prospect, and simply describes the modern design method and cad technology. then detailed description of ultrasound diagnostic instrument lcd-arm institutions design method, including the whole mechanism design, lcd folding institutions, tilt the detailed design of the detailed design of institutions, and institutions lock mode and design are described herein. through the comprehensive use of torsion spring parts for software is built with solidworks 3 d simulation model for lcd-arm institutions finite element simulation analysis, the completion of the folding, spin and lock function design.key words: ultrasonic diagnostic instrument ; arm institutions ; folding institutions ; tilt institutions; solidworks目 录摘要abstract第一章 绪论11.1超声波诊断仪简介.11.2现代设计方法简介21.3 cad技术简介3第二章 整体方案分析132.1 lcd-arm的结构132.2 lcd-arm的旋转功能132.3 折叠功能14第三章 详细设计153.1 lcd显示器折叠机构的结构153.2 tilt功能的实现213.3 折叠功能的实现273.4 锁定功能的实现3.4.1 折叠机构的锁定3.4.2 tilt的锁定 3.5 外观尺寸 3.6线缆cable第四章 掺杂zn2sio4荧光效果的表征284.1 zn2sio4:mn2+的激发光谱和发射光谱284.2掺杂对荧光性质的影响304.2.1单掺杂的zn2sio4的荧光分析304.2.2双掺杂zn2sio4的荧光效果324.3小结35第五章 结论36参考文献37致 谢39第一章 绪论1.1 超声波诊断仪简介1.1.1 超声波诊断仪的工作原理首先利用超声诊断仪的探头（即换能器）将电能转换成声能而发生超声波。超声束进入人体后遇到两种不同介质时，在介面的分界面产生反射、折射、散射、透射、绕射、衰减，称为回声，剩余的能量继续深入，当再遇到不同介质的介面时又发生反射，依此类推。目前主流医用诊断仪-b超，主要利用背向散射回波成像，反射发生在界面，散射发生在组织内部。将回声信号以光点的形式显示出来。回声强则亮，回声弱则暗。利用超声在不同界面发射而获得不同时间回波以确定界面的不同距离。通过探头的移动，对检查部位进行多个切面的扫查，即发射声束移动，将它的每个回波在荧光屏上产生一个光点，其位置和产生反射的界面位置相对应。以构成一幅幅实时的切面显示图，因此b 超也称为切面显像仪或二维显像仪。1.1.2 超声波诊断仪的发展史（以b超为例）自1952年b超对肝脏标本显像以来，经过10年的不断发展，第一代单探头慢扫描b型断层显像仪在临床上开始应用，临床医学上成功地获得了乳腺肿瘤、眼肿瘤、继发性肝肿瘤、盆腔肿瘤的超声切面图象（如图1.1）。20世纪70年代，由于采用电子计算机技术、灰阶显示和实时成象方法，声象图质量明显改善、提高，使超声诊断有了质的飞跃，又相继出现了第二代快速机械扫描和高速实时多探头电子扫描超声断层显像仪，超声诊断进入了第一个转折点。20世纪80年代，以计算机图像处理为主导的自动化、定量化程度更高的第四代超声显像仪步入了应用阶段。另外，80年代出现了以aloka代表的第一代彩色b 超（如图1.2）。进入20世纪90年代以后，超声技术进展极快，采用了诸如高频率、高分辨声匹配探头、彩色血流显示、各类腔内探头等技术，发展了介入性超声等等，使超声诊断再次飞跃，进入了第二个转折点，为肿瘤超声诊断提供了良好基础以及良好的发展前途。当前b 型超声波诊断技术上正朝着探头宽带化、数字模块化、多参数多维化和网络信息化等方向发展。近年来我国从国外引进了各种先进的现代b超诊断仪，使b超诊断迅速发展，反过来也促进了国产b 超产业的发展。图1.2图1.11.1.3 超声波诊断技术的发展趋势目前超声检查已经成为临床工作中不可或缺的重要检查和治疗工作。目前超声研究已经不仅仅局限于简单的检查和发现病症灶，而且向精细的测量、深入的功能分析和各种专业参数的定量和定性分析方向发展。（1）三维技术的实时应用。三维超声成像目前有表面成像、透明成像及多平面成像(或称断面成像)3种成像模式。已适用于心脏、肝脏、周围血管、肾、胎儿等诊断研究以及在产科以及心脏介入和心脏外科手术中的应用。特别是三维彩超都装备了变频探头宽频探头及超声ct软件，使图像更清晰更逼真，分辨率更强，临床应用更广泛。但也存在其局限性，例如其分辨率较低。（2）彩超应用领域的不断扩展。cdfi及其发展是利用回波信号的频移而获取血流的运动信息，使超声诊断水平得以大幅提高，被认为是超声诊断技术的最大突破。而最近推出的实时三维超声心动图(realtime threedimensional)是超声医学领域内的一项新突破。可逼真地显示心脏结构的立体图像、腔室大小、血管走向、瓣膜形态与活动规律，且操作简单、成像快速、图像清晰，对心血管疾病的诊断具有重大意义。（3）新工艺、新材料的使用提升了b型的临床使用水平。由于新工艺、新材料的迅猛发展，使超声探头的设计突破了以往的限制，而且探头呈小型化。同时利用先进的图像处理技术来获取清晰的病灶图像，辅助以精确的分析软件，使超声医师能更有信心地进行诊断1.1.4 超声波诊断技术的市场前景中国超声诊断影像系统的市场以其超过2亿美元的巨大规模，成为继美、日两国之后的世界第三大市场。这样的市场规模，吸引了世界上各主要生产厂商不遗余力地在中国进行市场开发及投入。市场上出现多种价位适中、性能全面、成像优异的彩超系统，而国内品牌的加入，将促使低档超声产品的战国时代来临，从而引发中国超声市场的重组。谁先准备好，谁的产品过得硬，谁就有可能成为这场重组的先行者。近年来，各大超声厂商都在竞相开发低成本、多功能、高可靠性、易于维护、容易操作的低价位彩色超声影像系统。由于技术进入门槛的降低，计算机技术的普遍使用，许多新公司及小公司也纷纷加入到这一类新产品的研制开发，而国内几家著名的医疗设备厂商也在紧锣密鼓地研发自己的彩超产品。在中国设厂生产无疑是降低生产成本的必由之路，多数外资厂商已在中国建立了生产基地，个别厂商甚至建立了研发中心，以从根本上来控制成本。2007年，随着医疗机构的增多，医疗科目的细化，医疗诊断的专业化，医用电子产品（主要包括心、脑、肌、眼仪器及设备；监护仪器；心电、生理示波及记录仪器；血液测定仪器；电子体温、压力测量装置等产品）的需求面进一拓宽，产品需求量也随之增加，其销售额位居医疗电子产品首位，达到129.3亿元、市场份额超过50%。其中，心电、生理示波及记录仪器实现销售额30.4亿元，市场份额达到23.5%，位居细图1.3 200620011年中国医用b超仪器市场规模与增长分领域市场首位。而我国医院因床位增加迅速而产生对监护仪器设备的大量需求并因此大大推动了这一类产品市场的快速增长。此外，一些监护仪器设备的家用化以及远程医疗的逐渐兴起也使得这一类产品销售非常旺盛，目前中国监护仪市场正处于需求的快速上升时期。另外，随着人们保健意识的普遍增强和生活质量的提高，医用电子产品逐步开始进入家庭，其中，血压计、心电监测设备以及血糖仪等等产品成为推动家庭应用的重要产品，进而成为整体医用电子产品市场规模快速增长的重要推动力量。1.2 现代设计方法简介1.2.1 机械产品的现代设计方法现代设计方法是用系统的观点,考虑自然科学、社会科学、经济科学等诸多现代因素,从而获得质高、价廉、有创新产品所使用的设计程序、规律及设计中的思维、工作方法和工具的总和。现代设计方法的主要特点体现在以下几个方面:程序性。即通过合理的设计进程获得高质量的产品设计。创新性。突出人的创造力,发挥集体智能,力求探索更多的突破性方案,开发创新产品。系统性。强调用系统工程方法处理技术问题。优化性。通过优化理论与方法,运用计算机技术进行整体优化。综合性。在系统工程、创新工程的基础上,综合运用信息论、相似论、模糊论等,解决设计问题。先进性。采用先进的设计手段,大大提高设计的质量和效果。总之,现代设计方法是过去的传统设计活动的延伸和发展,随着设计实践经验的积累和不断上升为理论,是由个别到一般、具体到抽象、感性到理性,逐步归纳、演绎、综合、发展起来的。由于科学技术进步的速度不断加快,特别是计算机技术的出现和飞速发展,人们在掌握事物的客观规律和人的思维规律的同时,通过运用相关科学技术原理,进行过去难以想象的综合集成设计计算,使设计工作包括机电产品的设计工作产生了质量的飞跃和进步。1.2.2 传统设计方法的局限性机械产品的设计具有其自身的特点。机械产品的传统设计方法,主要由专业设计主管指导设计,由于采用封闭收敛的设计思维,过早进入定型实体结构,加上直接的主观决策,以个人的经验决定设计步骤,将产品开发、仿造或改型建立于经验基础之上,故在科学技术进步日新月异的今天,其局限性越来越明显,且很难被市场所接受，所以新的设计方法应运而生。1.2.3 现代设计方法的几点突破与传统设计方法相比,机械产品的现代设计方法主要在以下几个方面有所突破:市场性。市场指导设计的思想贯穿设计的全过程。经济性。从功能分析、原理方案确定、结构方案确定到造型设计等每一步骤,都要进行尽可能定量的技术经济分析。创造性。突出创新意识,运用创新技术法,探索多种可行的创新方案,实行广泛的决策评价。并行性。从概念的形成到产品的设计完成或报废处理,各环节各部门相关人员,通过计算机网络并行交叉工作。系统性。用系统工程方法赋予产品性能,构造产品结构,进行产品设计。分析人技术系统环境和技术系统内部因素的有机联系,力求整体优化。规范性。对产品规划、总体设计、技术设计、施工设计到试制改进的整个设计进程,进行全面考虑,并按照统一的计划步骤进行。cad 化。在设计全过程中,计算机不但用于计算和绘图,而且运用于信息处理、市场预测、评价决策、造型选择、动态模拟、人工智能等方面,并建立自动设计系统。1.2.4现代设计方法的应用机械产品现代设计的具体进行,一般可归纳为如下几个方面。机械优化设计一是建立某一机械设计实际问题的数学模型,二是选择优化方案及相应程序,并在计算机上进行设计参数的选择和设计方案的评价。可靠性设计确定可靠度指标及其量值,对可靠性指标进行合理分配,把规定的可靠度直接设计到零件中和系统中。机械动态设计对满足传统的工作性能要求的初步设计图样或实物进行动力学建模,按此模型得到机械的动态特性,然后或对初步设计进行审核,或按给定的动态特性对原设计进行修改,或预测机械结构的改变所引起的机械动态特性的变化。这一再设计重分析的设计过程有时要反复进行,从而最终设计出满意的机械产品。机械抗磨损设计磨损是缩短机械寿命的主要因素,机械抗磨损设计的目的是在机械设计阶段,对于磨损问题给予足够关注,分析磨损发生发展的各种因素,采取相应措施,以减少磨损或将磨损控制在预定范围内。价值工程是产品现代设计的有效管理技术之一。价值工程是通过各有关方面有组织的活动,对所研究产品的功能、寿命、周期成本进行系统分析,不断创新,旨在提高产品价值的思想方法和管理技术。工业产品造型设计这一设计也是工业设计。工业设计是一种创造性活动,它的目的是解决工业产品的造型质量。这些造型质量,不但是外部特征,还必须同时考虑结构、功能与材料的关系。它从生产者和使用者的观点出发,把一个系统转变成统一的整体。工业设计时要把功能要素、物质要素、艺术要素、经济要素统一起来考虑,并予以实施。计算机辅助设计的过程,首先进行功能设计,选择合适的科学原理或构造原理,然后进行产品总图的初步设计、产品选型和外型的初步设计;从总图派生出零件,对零件的造型、尺寸、色彩等进行设计,对零件进行有限元分析,使其结构及尺寸与应力状态相适应;对零件进行加工模拟,对其性能做出评价、分析和优化,最终完成零件的工作图;在计算机上制定零件制造工艺,在相应的设备上制造出零件。1.3 cad技术简介cad 即计算机辅助设计与制图，是指运用计算机系统辅助一项设计的建立、修改、分析或优化的过程。cad 软件必须有能接受和使其运行的物体，即硬件来支持它才能有实际意义，这样就存在了cad 系统。cad 系统是由硬件、软件组成。硬件包括处理运算设备、图形显示设备、外部存储设备、数据图形输入输出设备以及有关的信息传输等硬件平台设备、软件包括系统软件、支撑(图形、汉字等)软件和专业应用软件。我国主要使用的cad 软件是美国autodesk公司开发的autocad 软件，它是一个功能强大、易学易用、具有开放型结构的软件口不仅便于用户使用，而且系统本身可不断地扩充和完善，它被广泛地应用于微机及工作站上。因此，国内外软件开发商在此基础上进行有关工程设计专业的二次开发，如建筑行业:华远的house 软件、建研院的abd 集成化软件和bicad 软件、理正的cad 软件、方圆公司的方圆三维室内设计系统等。随着cad 技术的不断发展，其覆盖的工作领域也不断地扩大，如工程设计cad 项目的管理、初步设计、分析计算、绘制工程、统计优化等。cad 技术的应用正在有力而迅速地改变着传统的工程设计方法和设计生产的管理模式。通过多年的设计实践cad 技术以简单、快捷、存储方便等优点已在工程设计中承担着不可替代的重要作用。许多工程都应用了计算机进行辅助设计和辅助绘图，尤其建立了计算机网络辅助设计与管理后，不仅能提高设计质量，缩短设计周期，而且创造了良好的经济效益和社会效益，cad 技术的应用使工程设计人员如虎添翼，在更加广阔的天地里施展才华。但随着cad 在工程中的大量应用及其技术的成熟，它的一些缺点也暴露无遗，所以也有很多人不接受这一技术，认为它限制了建筑设计业的发展。那么cad 究竟利大于弊还是弊大于利，怎样才能对它善加利用，我们不妨对cad 的双重性做一个剖析。cad 技术的长处使得人们趋之若骛，它主要表现在：劳动强度降低, 图面清洁。手绘绘图中，工作人员常常手里拿着几只不同粗细的墨笔，丁字尺、三角板、曲线板等工具不停的在手里更换，而且一旦画错，修改非常费事，甚至从头来过，图面修修补补显的脏乱。用cad 绘图则可以一只鼠标做你想做的任何事情。它有统一的线型库、字体库，图面整洁统一。cad 软件所提供的undo 功能让你不必担心画错，它可以使你返回到你画错之前的那一步。你更可以在电脑系统后台运行一些音乐播放软件，一边听音乐一边工作。cad 软件绘图真正做到方便、整洁、清洁、轻松。设计工作的高效及设计成果的重复利用。cad之所以高效，因其最伟大的功能之一：“copy”。一些相近、相似的工程设计，图纸只要简单修改一下就行了，或者直接套用，而你只需按几下键盘、鼠标。cad软件可以将建筑施工图直接转成设备底图，使水暖、电气的设计师不会在描绘设备底图上浪费时间。而且现在流行的cad 软件大多提供丰富的分类图库、通用详图，设计师需要时可以直接调入。重复工作越多，这种优势越明显。结构计算的高效，一个普通的框架结构，以往手工计算需要一个星期左右时间，用cad 快的一天就可以完成。精度提高。建筑设计的精度一般标注到毫米，结构计算的精度也不是很高，施工时的精度更低，但对于一些特型或规模大、复杂的建筑离开了cad 困难将成倍增长。cad 在日影分析、室内声场分析、灯光照度分析等方面的计算精度、速度也是手工计算无法比拟的。资料保管方便。cad 软件制作的图形、图象文件可以直接存储在软盘、硬盘上，资料的保管，调用极为方便。你可以将设计项目刻录成光盘，数据至少可以保存50 年。你可以将以前的图纸通过扫描仪，数字化仪输入电脑，避免资料因受潮、虫蛀以及破坏性查阅造成的不必要损失。资料的管理更有科学性，只要一台电脑就可以管理的井井有条，资料室也将告别成排的资料柜，因为一个院所从成立到现在所有的资料几张光盘就装下了。cad 在建筑表现图上的优势。这也是cad 在建筑设计上最出风头的。cad 制作的建筑效果图其透视关系、光影关系、建筑材料的质感，都可真实再现，惟妙惟肖，在加上真实的树木、人、天空、汽车配景，几可乱真。如果在加上现场环境照片融合更有说服力。cad 制作效果图优势还在于，只要建筑的三维模型搭建完成，就可以任意指定透视角度，模型材质，快速生成多张效果图而无需从头做起，这是传统手绘效果图无法比拟的。这一切都让设计师在建筑设计上收益非浅，在向甲方推销自己的设计成果时也更有说服力。设计理念的改变。cad 的智能化将部分取代设计师的一些设计工作，而cad 对设计的标准化、产业化起着巨大的推动作用。随着信息技术、网络技术的发展，跨地区合作设计，异地招投标、设计评审也将普及。在第一时间接受科技信息，与世界同步。通过一根电话线“在家工作”将成为可能。第二章 整体结构设计2.1 lcd-arm的结构及功能2.1.1 lcd-arm的结构lcd-arm是由base、arm1、arm2、tilt机构和lcd折叠机构五个主要部分组成。如图2.1。lcd 折叠机构tilt机构basearm1arm2图2.1、lcd-arm的构成2.1.2 lcd-arm的旋转功能如图2.2所示，lcd-arm包括四个旋转关节：由base和arm 1组成的第1 arm旋转部（以下称“trun 1”）；由arm 1和arm 2组成的第2 arm旋转部（以下称“turn 2”）；由arm 2与tilt机构组成的swivel旋转部；tilt机构自身的tilt旋转部。以上四个旋转关节可实现操作者使用产品时，在一定范围内随意调整lcd的位置及屏幕正对的方向，方便操作者及接受检查的患者观察lcd上显示的内容。各旋转部可旋转的角度如下：turn 1：左右可旋转的最大角度各为90，也可调整为左右各60，最终的旋转角度由试作评价决定；turn 2：左右可旋转的最大角度各为90，也可调整为左右各60，最终的旋转第1 arm旋转部(turn 1)第2 arm旋转部(turn 2)swivel旋转部tilt旋转部图2.2、lcd-arm旋转功能示意图角度由试作评价决定；swivel：左右可旋转的最大角度各为60，也可调整为左右各45，最终的旋转角度由试作评价决定；tilt：以lcd竖直时为起点（以下均以lcd竖直时为起点），向上可旋转25，向下可旋转10；当lcd被折叠时，可继续向下旋转至90，参见2.1.3及图2.4。2.1.3 折叠功能图2.3、lcd在未提起时被折叠，发生干涉碰撞的示意图为了确保装置移动时的前方视野及装置不使用时lcd的收纳，在lcd与tilt之间设计了lcd折叠机构。其功能是： 连接tilt与lcd，与tilt配合完成lcd的旋转折叠动作； 在lcd正常使用时，可将tilt锁定在向上25至向下10的范围之内，防止lcd在正常使用时就被折叠； 为避免lcd折叠时与arm等其它部件发生干涉碰撞（如图2.3），lcd折叠机构可以实现只有在提起lcd的情况下才能折叠lcd至向下90，如图2.4。干涉碰撞cab图2.4、lcd折叠动作示意图2.1.4 锁定功能 在提起lcd前后的两个极限位置，即lcd的最高点和最低点提供锁定（图2.4a、b两图的位置），防止lcd在正常工作或折叠时沿折叠机构方向的窜动。 在lcd折叠至向下90的位置（图四c图的位置）提供旋转运动的锁定，防止外界作用引起的lcd起伏震动。2.2 部分设计分析2.2.1 turn1设计如图2.5，旋转套筒安装在base上，由螺钉固定，可相对base旋转；螺钉与碟形弹簧配合，可调整压紧旋转套筒的力值，从而调整旋转套筒转动时的摩擦力大小，以此来管理turn1操作力的大小。arm1中的销与旋转套筒的缺口配合，带动旋转套筒转动；arm1上的突起与base上的限位螺钉配合，以控制turn1的旋转角度范围。缺口销摩擦力力臂4base旋转套筒碟形弹簧限位螺钉突起图2.5、turn1结构示意图200图2.6、turn1操作力臂示意图操作力计算：根据lcd-arm 基本设计任务书，turn1的操作力为10n左右，要求做成可调整成20n的结构，根据试作评价来确定最终操作力值。图2.5所示，摩擦力力臂为4mm；图2.6所示，操作力力臂为200mm；则碟形弹簧处的摩擦力应为：10*200/4=500n。旋转套筒与碟形弹簧之间的摩擦系数为0.15，所以，碟形弹簧的压力为：500/0.153333n因此，在10n操作力时，碟形弹簧的选型为aan519-02-db-8 h型，且需要四片。如要调整成20n操作力的结构，可增加碟形弹簧的片数。旋转角度：在左右各60和90的位置安装限位螺钉，根据试作评价的结果决定保留其中一组限位螺钉。2.2.2 turn2设计arm1限位螺钉碟形弹簧限位槽图2.7、turn2结构示意图如图2.7，arm2由螺栓固定于arm1上，并可相对arm1旋转；螺栓与碟形弹簧配合，可调整arm2与arm1之间的摩擦力，以此来管理turn2操作力的大小。arm2上的突起与arm1的限位槽配合，实现转动限位，限位槽中安装有限位螺钉，以实现旋转角度的调整。操作力计算：根据lcd-arm 基本设计任务书，turn2的操作力为10n左右，要求做成可调整成20n的结构，根据试作评价来确定最终操作力值。图2.7中碟形弹簧的规格与turn1中所使用的碟形弹簧一致，所以turn2的摩擦力力臂也为4mm；图2.8所示，操作力力臂为280mm；则碟形弹簧处的摩擦力应为：10*280/4=700n代入摩擦系数0.15，所以，碟形弹簧的压力为：700/0.154667n。因此，在10n操作力时，碟形弹簧的选型为aan519-02-db-8 h型，且需要五片。如要调整成20n操作力的结构，可增加碟形弹簧的片数。旋转角度：限位槽允许的旋转角度为左右各90，左右各60处安装有限位螺钉，根据试作评价的结果决定是否保留限位螺钉。280图2.8、turn2操作力臂示意图2.2.3 swivel设计限位槽碟形弹簧螺钉突起tiltarm2图2.9、swivel结构示意图如图2.9，tilt由螺栓固定于arm2上，并能相对arm2旋转；螺栓与螺母配合，可调整tilt与arm2之间的摩擦力，以此来管理swivel操作力的大小。tilt上的突起与arm2的限位槽配合，实现转动限位，限位槽中安装有限位螺钉，以实现旋转角度的调整。200图2.10、swivel操作力臂示意图操作力计算：根据lcd-arm 基本设计任务书，swivel的操作力为10n左右，要求做成可调整成20n的结构，根据试作评价来确定最终操作力值。图2.9中碟形弹簧的规格与turn1中所使用的碟形弹簧一致，所以turn2的摩擦力力臂也为4mm；图2.10所示，操作力力臂为200mm；则碟形弹簧处的摩擦力应为：10*200/4=500n，代入摩擦系数0.15，所以，碟形弹簧的压力为：500/0.153333n。因此，在10n操作力时，碟形弹簧的选型为aan519-02-db-8 h型，且需要四片。如要调整成20n操作力的结构，可增加碟形弹簧的片数。旋转角度：限位槽允许的旋转角度为左右各60，左右各45处安装有限位螺钉，根据试作评价的结果决定是否保留限位螺钉。另，由于tilt机构设计、折叠机构设计以及tilt机构与折叠机构的锁定设计在后续章节将做详细设计说明，故在此不再陈述。第三章 led显示屏倾斜角度调整机构详细设计3.1 lcd显示器折叠机构的结构lcd显示器折叠机构是由tilt机构、lcd安装板、盒体等三个主要部分组成，如图3.1所示。tilt机构盒体lcd安装板图3.1、lcd显示器折叠机构的构成3. 2 tilt功能的实现3.2.1 tilt功能的详细设计如图3.2，c轮、螺母、b轮、碟形弹簧、扭簧均由止动轴串连安装在a轮上；c、b两块可相对a轮转动；扭簧两端分别固定于a轮和b轮上，以在工作时平衡lcd重力产生的力矩。1.角度控制：b轮上装有两个销子，分别与c、a两块的限位槽配合。其中，销子在b轮限位槽中可移动35，即lcd向上旋转25至向下旋转10；弹簧销在c轮中可移动90，即lcd向下旋转90到水平位置。工作时，折叠机构中的限位块插入c、b两块的插槽中，使两块同步运动，即c、b两块只能相对a轮旋转35。折叠lcd时，折叠机构中的限位块拔a 轮 及 其 与arm相关联部件扭 簧碟 簧 与 垫 片b轮c 轮螺 母定 位 销轴 承止 动 轴图3.2、tilt结构示意图（一侧）出c、b两块的插槽，两块分离，则c轮可相对a轮旋转至向下90，完成lcd的折叠动作。2.操作力控制：在工作状态时，lcd折叠机构中存在着两对力矩相等的作用力：扭转弹簧弹力与重力、碟型弹簧弹力和操作力。(1)碟型弹簧弹力和操作力：螺母拧在轴上，压紧b轮及碟形弹簧；则通过调整螺母的拧紧扭矩便可以控制b轮旋转时的摩擦力，进而控制操作力大小。根据lcd显示器折叠机构设计任务书，tilt在非折叠状态时的操作力为15n左右，要求做成可调整成30n的结构，根据试作评价来确定最终操作力值。根据图四中轴的设计尺寸，碟形弹簧选型初步定为aan519-02-db-h10，则摩擦力力臂为4.6mm。如图3.3所示，操作力臂为200mm。则b轮在非折叠状态时的摩擦力应为：15*200/4.6650n代入摩擦系数0.15，所以，碟形弹簧的压力为：650/0.154333n。因此，在15n操作力时，碟形弹簧的选型为图3.3、tilt操作力臂示意图aan519-02-db-h10型，且需要2片。由于tilt两侧b轮均受摩擦作用，则一侧安装两片碟形弹簧。如要调整成30n操作力的结构，可增加碟形弹簧的片数。(2)扭转弹簧弹力与重力：重力和扭簧弹力都随着lcd转动角度的变化而变化，通过计算，我们可以得到在不同角度时重力力矩的数值，并以此为依据，设计出基本可以平衡重力力矩的扭转弹簧（其两者的差值小于200n.mm，即对操作力的影响小于1n），详细计算过程，参见下节扭转弹簧计算。3.停止功能：参照2所述，蝶形弹簧变形提供的轴向力可以在塑料垫片上产生静摩擦力。在lcd向上25至向下10的倾斜范围内，当由静摩擦力在tilt机构处产生的摩擦力矩大于lcd自重在tilt机构处产生的摩擦力矩时，可以实现要求lcd可以停留在任意角度，不会因自重而转动。满足2要求的蝶形弹簧同时可以满足本条要求。4.缓降功能：参照2.3所述，满足2.3要求的蝶形弹簧，同时可以满足在lcd向下10至向下90的倾斜范围内，蝶形弹簧提供的摩擦力矩可以使lcd可以因自重而缓慢下落，而不会突然落下。3.2.2 tilt结构设计计算1. 用来抵消lcd重量的弹簧约7 kglcd重量5.6 kgoption重量1.5 kgtilt中心到重心的距离l50 mmoption重量和到重心的距离，是概算值，如果有其他正确的数值的话再替换。发生的力矩m7 kg50 mm350 kgmm3430 nmm。用来抵消这个力矩的弹簧，使用了左右2个，所以每一个的力矩在朝正面的状态下必须要达到1715 nmm。并且由于有1025的tilt角，所以最大负荷时的目标是1715171525/36018341900 nmm。至于材料，考虑到最大应力与允许应力，选择了 swp-b。图3.4 扭簧计算简图磨擦用碟形弹簧根据要求式样书，操作力f，要能抵消在把手部操作时的15 n30 n的力。到把手边缘的距离l2185 mm，mfl22775 nmm5550 nmmd：外径(mm)d：内径(mm)t：板厚(mm)h：碟形弹簧高度(h)板厚(t)：弹簧的弯曲p：作用荷重(kgf)e：纵弹性系数(杨式模量)：泊松比(铁、sus=0.3)：d/d(直径比)：弹簧系数图3.5 蝶形弹簧计算简图1t=p2（：磨擦系数设为0.3）因为滑动面的直径很小所以内径。p=（13882775）20.310.58811762 n90 kgf180 kgf图3.6 蝶形弹簧计算简图2碟形弹簧的计算式是4ec(12)d2p(h)(h2)tt32c2ln通常对碟形弹簧来说，是在0.75 h以下的范围内使用的，所以如果能在这个范围内得到上面的p，那么就可以满足要求式样。0.15 h0.075 mm时p70.3 kgf0.75 h0.375 mm时p312.2 kgf这样是一定会在调整范围之内的。3. 3 折叠功能的实现如图3.7，tilt的c轮固定于折叠机构盒体上；盒体内装有直线拉伸弹簧、限位把手等部件；lcd安装板通过滑动部件和盒体相连并能沿着轨道相对于盒体滑动，直线拉伸弹簧自由端分别固定于盒体和lcd安装板上。lcd安装板限位块盒体直线拉伸弹簧限位把手图3.7、折叠机构结构示意图1.机构工作原理：lcd安装板上固定有两块限位块，在工作状态时，限位块插入tilt的c、b轮中，使c、b轮可以同步转动，如图3.8a；因为c轮的运动被b轮约束，此时lcd只能在向上25向下10的范围内转动。a 插入状态b 拔出状态图3.8、限位块与tilt的配合示意图折叠lcd时，必须先提起lcd，将限位块拔出tilt，如图3.8b；这样，c轮才能脱离b轮的限制，继续向下转动，从而放倒lcd，完成折叠动作。2.行程控制：如图3.9，折叠机构盒体上开有一条供把手滑动的行槽，其长度决定了lcd被提起的行程。因为tmsc方面尚未确定arm、操作panel等可能与lcd发生干涉的部件的具体尺寸式样，所以提起lcd的行程无法确定。为完成试作评价任务，本次设计暂定lcd行程为50mm。图3.9、lcd上提行程示意图3. 4锁定功能的实现3.4. 1 折叠机构的锁定限位孔锁定机构与弹簧图3.10 折叠机构的锁定示意图如图3.10，盒体的钣金上开有两个锁销孔，这两个孔的位置分别与lcd被提起前后的两个极限位置，即lcd的最高点和最低点对应；锁定机构由把手控制进行锁定和解锁。操作性：锁销上安装有把手，解锁时需要转动把手；解锁过程如图3.11所示。图3.11 解锁过程弹簧的选择：如图3.12所示，锁定机构一共有两个扭转弹簧。他们的作用有两个：在锁定时保证不会因为相关零部件的自身重力而误解锁，在解锁时，不会因为需要的操作力过大而造成感觉不适。由于具体的解锁操作力的大小顾客没有明确给出，因此需要在评价过程中进行考核，初步选定为5n。以此为条件，计算出两个弹簧的相关